北海道大學佐藤太宏副教授領導的研究小組發現，竹纖維的密度分佈是為了使彎曲強度最大化，這與理論上獲得的理想纖維分佈幾乎相同。作為一種新的仿生技術，它有望帶動先進材料的發展。

　竹子是一種兼具輕質和強度的天然功能材料。原因是木質部分有很多中空部分，並且嵌入了許多與鋼材同等硬度的纖維。另一方面，觀察竹子的橫截面，我們可以看到嵌入的纖維分佈不均勻，密度從橫截面的內部到外部逐漸增加。

　因此，研究團隊利用結構力學理論分析了橫截面纖維分佈與整個樹幹抗彎強度的關係。將其與真實竹子的纖維分佈測量數據進行了比較。

　理論分析的結果是，我們發現使彎曲剛度最大化的纖維分佈根據穿過橫截面的纖維總數而不同。當纖維數量較少時，當纖維密度從內到外線性增加時，竹子的抗彎剛度達到最大。在許多纖維的情況下，發現根據二次函數從內到外增加纖維密度可以使彎曲剛度最大化。

　另一方面，野生竹的根部和尖端之間的橫截面纖維分佈不同，根部纖維較多，靠近尖端的纖維較少。對於測量數據的纖維分佈，發現從竹子的根部到尖端，斜率分佈從二次函數轉變為線性函數，這與理論相符。

　基於這一結果，得出結論：使空心圓柱體彎曲剛度最大化的最佳梯度分佈與竹子橫截面的纖維分佈非常相似，竹子是一種性能最高的功能梯度材料。據說，這將導致圓柱形結構的設計和開發。

論文信息：[PLOS ONE] 功能梯度空心圓柱體的竹子啟發優化設計